JP2010287588A

JP2010287588A - 固体電解コンデンサ

Info

Publication number: JP2010287588A
Application number: JP2009137876A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Yamashita; 大輔山下
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2010-12-24

Abstract

【課題】変換基板と外装樹脂、及び導電性接着剤の接続信頼性に優れた表面実装薄型の固体電解コンデンサを提供する。
【解決手段】変換基板２のコンデンサ素子接続端子面の陽極パターン５１または陰極パターン４１の中に絶縁体９を露出させることにより、導電性接着剤８と密着性の高い絶縁体９の面積を拡大させ、導電性接着剤８、及び外装樹脂３を接続した際、変換基板２と外装樹脂３、及び変換基板２と導電性接着剤８の固着信頼性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体電解コンデンサに係り、特に信頼性を向上させた下面電極型の固体電解コンデンサに関する。

従来から弁作用金属として、タンタル、ニオブ、アルミニウムなどを用いた固体電解コンデンサは、小型で静電容量が大きく、周波数特性に優れ、ＣＰＵのデカップリング回路あるいは電源回路などに広く使用されている。また、携帯型電子機器の発展に伴い、特に下面電極型の固体電解コンデンサの製品化が進んでいる。

このような下面電極型の固体電解コンデンサとして、大容量化を目的として上面にコンデンサ素子接続面を、下面にコンデンサ素子接続面のパターンと異なるパターンを有するコンデンサ実装電極面を備え、上面と下面が電気的に接続された平板状の変換基板の上面に、陽極リードを導出したコンデンサ素子が接続され、コンデンサ素子が外装樹脂で被覆された固体電解コンデンサが特許文献１に記載されている。

従来の固体電解コンデンサの構成について図面を参照して説明する。図３は従来の固体電解コンデンサを説明する図であり、図３（ａ）は縦断面図であり、図３（ｂ）は横断面図であり、図３（ｃ）固体電解コンデンサに用いる変換基板の平面図である。また、図４は従来の固体電解コンデンサのオープン状態を示す縦断面図である。

図３に示すように従来の固体電解コンデンサは、まず、コンデンサ素子１の陽極導出部となるタンタル線からなる陽極リード６が導出されたタンタル金属粉末からなる多孔質のプレス体を高真空、高温で加熱処理し、多孔質性を維持したまま焼結体とする。その後、電解液に焼結体を浸漬して任意の化成電圧で陽極酸化処理によってタンタル金属表面に誘電体層となる酸化被膜であるＴａ_２Ｏ_５を形成する。次いで誘電体酸化被膜の上に固体電解質層を形成する。固体電解質はチオフェンモノマーもしくはピロールモノマーもしくはこれらの誘導体モノマーを重合して導電性高分子により形成してもよいし硝酸マンガンの熱分解によって二酸化マンガンを形成しても良い。この上にグラファイトペースト、銀ペーストによる陰極層を順次形成してコンデンサ素子１とする。次に、陽極リード６と金属片７を抵抗溶接によって接続する。金属片材料としては４２合金（４２％Ｎｉ残Ｆｅ）や銅などがあげられる。

一方、変換基板２はガラス含有エポキシ樹脂、あるいは液晶ポリマー等からなる絶縁体９のコンデンサ素子接続面となる上面に形成された銅箔等からなる矩形の平面形状の陽極パターン５１と陰極パターン４１とがそれぞれコンデンサ実装面となる下面に形成された陽極端子５２と陰極端子４２に電気的に接続されている。

銀ペーストを形成したコンデンサ素子１を陰極、金属片７を陽極となるように変換基板２のコンデンサ素子接続面の陰極パターン４１、陽極パターン５１に導電性接着剤８を用いて電気的に接続するとともに固定する。その後、外装樹脂３としてガラス含有エポキシ樹脂、または液晶ポリマー、またはトランスファーモールド樹脂、または液状エポキシ樹脂等の外装樹脂３を用いて外装を行う。全体の外観形状は薄型の直方体状である。

しかしながら、変換基板の端子部と、外装樹脂、および導電性接着剤との密着性は外部からの強いストレスに対して充分ではない場合があり、実装時の熱ストレスや機械的ストレスにより、図４に示すように、変換基板２の陽極パターン５１、陰極パターン４１と導電性接着剤８、及び変換基板２の陽極パターン５１、陰極パターン４１と外装樹脂３の間に剥離が発生し、オープン不良を発生させる恐れがあった。

特開２００８−９８３９４号公報

上記の状況にあって、本発明の技術的課題は、変換基板と外装樹脂、及び導電性接着剤の接続強度の高い、信頼性に優れた表面実装薄型の固体電解コンデンサを提供することにある。

本発明は、変換基板とコンデンサ素子とを接続した固体電解コンデンサにおいて、変換基板のコンデンサ素子と接続する陽極パターンと陰極パターンの少なくとも一方の中にガラス含有エポキシ樹脂、あるいは液晶ポリマー等の絶縁体を露出させることにより、樹脂と密着性の高い絶縁体の面積を拡大させ、変換基板と外装樹脂、及び変換基板と導電性接着剤の固着信頼性を向上させることを見出した結果なされたものである。

本発明の固体電解コンデンサは、絶縁体の上面にコンデンサ素子と接続する陽極パターンと陰極パターンを有し、前記絶縁体の下面に前記陽極パターンと前記陰極パターンとそれぞれ電気的に接続された陽極端子と陰極端子を有する変換基板の上面に陽極リードを導出したコンデンサ素子が接続され、前記コンデンサ素子が外装樹脂で被覆された固体電解コンデンサにおいて、前記変換基板の上面の前記陽極パターンと前記陰極パターンの少なくとも一方が一部に欠落部を有する矩形の平面形状からなることを特徴とする。

また、本発明の固体電解コンデンサは、前記変換基板の上面の前記陽極パターンと前記陰極パターンの少なくとも一方が格子状の平面形状からなることを特徴とする。さらに、前記変換基板の上面の前記陽極パターンと前記陰極パターンの少なくとも一方が切欠き部を形成した矩形の平面形状からなることを特徴とする。

コンデンサ素子と接続する陽極パターンと陰極パターンの少なくとも一方の中に絶縁層を露出させることにより、変換基板と外装樹脂、及び導電性接着剤の接続信頼性に優れた固体電解コンデンサを提供することができる。

本発明の実施の形態１の固体電解コンデンサを説明する図、図１（ａ）は縦断面図、図１（ｂ）は横断面図、図１（ｃ）は固体電解コンデンサに用いる変換基板の平面図。本発明の実施の形態２の固体電解コンデンサを説明する図、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）は横断面図、図２（ｃ）は固体電解コンデンサに用いる変換基板の平面図。従来の固体電解コンデンサを説明する図、図３（ａ）は縦断面図、図３（ｂ）は横断面図、図３（ｃ）は固体電解コンデンサに用いる変換基板の平面図。従来の固体電解コンデンサのオープン状態を示す縦断面図。

次に本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。

（実施の形態１）
本発明の固体電解コンデンサの陽極材料は、弁作用金属で陽極酸化処理によって誘電体層となる陽極酸化被膜を形成するものであれば良いが、多孔質粉末によって表面積を大きくすることによって大容量化が容易なタンタル金属を用いたタンタル固体電解コンデンサを例に説明する。また、コンデンサ素子の製造方法は公知の技術によるものとして簡略に以下説明する。コンデンサ素子の形状、陽極リードの形状、導出位置等は特に限定されないものとする。

公知の技術によって図１に示すようにコンデンサ素子１の陽極導出部となるタンタル線からなる陽極リード６が導出されたタンタル金属粉末からなる多孔質のプレス体を高真空、高温で加熱処理し、多孔質性を維持したまま焼結体とする。その後、電解液に焼結体を浸漬して任意の化成電圧で陽極酸化処理によってタンタル金属表面に誘電体層となる酸化被膜であるＴａ_２Ｏ_５を形成する。次いで誘電体酸化被膜の上に固体電解質層を形成する。固体電解質はチオフェンモノマーもしくはピロールモノマーもしくはこれらの誘導体モノマーを重合して導電性高分子により形成してもよいし硝酸マンガンの熱分解によって二酸化マンガンを形成しても良い。この上にグラファイトペースト、銀ペーストによる陰極層を順次形成してコンデンサ素子１とする。次に、陽極リード６と金属片７を抵抗溶接によって接続する。金属片の材料としては４２合金や銅などがあげられる。

次に変換基板について説明する。変換基板はガラス含有エポキシ樹脂、或いは、液晶ポリマー等の基板からなる絶縁体の内にスルーホールおよびビアホール等の導電体を形成してコンデンサ素子接続面となる上面に形成された陽極パターン５１とコンデンサ実装電極面となる下面に形成された陽極端子５２を、また、上面の陰極パターン４１と下面の陰極端子４２とをそれぞれ導通化するようにする。ここで陽極パターン５１、陰極パターン４１、陽極端子５２、陰極端子４２は銅箔等の金属箔からなりエッチング等により所望の形状に形成される。実施の形態１においては、図１（ｃ）に示すように陽極パターン５１、陰極パターン４１を外形が矩形状で内部に欠落部を有する格子状の平面形状とする。なお、図１（ｃ）の平面図においては陽極パターン５１、陰極パターン４１の形状を明確に示すためハッチングを施した。

上述の銀ペーストを形成したコンデンサ素子１を陰極、金属片７を陽極となるように変換基板２のコンデンサ素子接続面となる上面の陰極パターン４１、陽極パターン５１とを導電性接着剤８を用いて電気的に接続するとともに固定する。その後外装樹脂３としてガラス含有エポキシ樹脂、または液晶ポリマー、またはトランスファーモールド樹脂、または液状エポキシ樹脂を用いて外装を行う。このとき外装樹脂３によって個々に成型をした後、電圧印加を行ってエージングを実施し、特性不良品を検査選別した後、変換基板２を切断して個々のコンデンサにしてもよい。または、変換基板を連ねた量産用基板上に平板状に外装材を熱成型した後に電圧印加を行ってエージングを実施し、特性不良品を検査選別した後、外装樹脂３および変換基板２を設計寸法どおりに切断して個々のコンデンサにしてもよい。以上の製造方法によって固体電解コンデンサを作製することができる。

変換基板２の上面に形成した陰極パターン４１、及び陽極パターン５１は、格子状に形成され、変換基板のガラス含有エポキシ樹脂、あるいは液晶ポリマー等の絶縁体９が露出されている。露出部の形状、数、及び面積は特に問わない。

前述の加工を施した変換基板２を使用すると、コンデンサ素子１と変換基板２の上面に形成した陰極パターン４１、及び金属片７と変換基板２の上面に形成した陽極パターン５１とを導電性接着剤８で接続し、さらに外装樹脂３で外装した際、導電性接着剤８及び、外装樹脂３が、変換基板のガラス含有エポキシ樹脂、あるいは液晶ポリマー等の絶縁体９と接着し、機械的ストレスや、熱ストレスに対して接続信頼性に優れた表面実装薄型コンデンサを得ることができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の固体電解コンデンサは、実施の形態１における変換基板２の上面に格子状に形成した陰極パターンの形状を、図２（ｃ）に示すように、切欠部を有する矩形の平面形状に変更したものであり、切欠き部に露出したガラス含有エポキシ樹脂、あるいは液晶ポリマー等の絶縁体９が導電性接着剤８、及び外装樹脂３と密着するので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

次に本発明の実施例について説明する。

(実施例１)
実施例１については、実施の形態１で用いた図１を参照して説明する。変換基板２としては、厚さ６０μｍ、長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍのガラス含有エポキシ樹脂からなる基体のコンデンサ素子接続面となる上面の一端に厚さ３０μｍ、長さ０．３ｍｍ、幅１．０ｍｍの陽極パターン５１が、他端に厚さ３０μｍ、長さ１．３ｍｍ、幅１．０ｍｍの陰極パターン４１が銅箔により形成されている。陽極パターン５１は、矩形状の平面形状の長さ方向の中央部に長さ６０μｍ、幅０．１５ｍｍの欠落部を８０μｍ間隔に５箇所形成した格子状の平面形状とし、陰極パターン４１は矩形状の平面形状の内部に長さ６０μｍ、幅０．１５ｍｍの欠落部を幅方向８０μｍ間隔、長さ方向０．１ｍｍ間隔に２５箇所形成した格子状の平面形状とした。下面のコンデンサ実装電極面には両端に厚さ３０μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの陽極端子５２及び陰極端子４２が銅箔により形成され陽極パターン５１と陽極端子５２、陰極パターン４１と陰極端子４２はスルーホールにより接続されている。

コンデンサ素子１は、直径０．１ｍｍ、長さ１．５ｍｍのタンタルからなる陽極リード６が導出した長さ１．４ｍｍ、幅１．０ｍｍ、厚さ０．８ｍｍであり、陽極リード６に４２合金からなる金属片７を抵抗溶接した。

変換基板の陰極パターン４１及び陽極パターン５１上に銀とエポキシ樹脂からなる導電性接着剤８を塗布し、コンデンサ素子を載せ、乾燥して接続した後、エポキシ樹脂を用いてモールド外装し固体電解コンデンサを作製した。

(実施例２)
実施例２については、実施の形態２で用いた図２を参照して説明する。変換基板２としては、厚さ６０μｍ、長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍのガラス含有エポキシ樹脂からなる基体のコンデンサ素子接続面となる上面の一端に厚さ３０μｍ、長さ０．３ｍｍ、幅１．０ｍｍの陽極パターン５１が、他端に厚さ３０μｍ、長さ１．３ｍｍ、幅１．０ｍｍの陰極パターン４１が銅箔により形成されている。陰極パターン４１は矩形状の平面形状の端部から長さ方向に１．０ｍｍから０．２ｍｍ幅で側面方向から０．４ｍｍの切欠部を２箇所形成した矩形の平面形状とした。下面のコンデンサ実装電極面には両端に厚さ３０μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの陽極端子５２及び陰極端子４１が銅箔により形成され陽極パターン５１と陽極端子５２、陰極パターン４１と陰極端子４２はスルーホールにより接続されている。

(比較例)
比較例については、従来の固体電解コンデンサで用いた図３を参照して説明する。変換基板２としては、厚さ６０μｍ、長さ２．０ｍｍ、幅１．２ｍｍのガラス含有エポキシ樹脂からなる基体のコンデンサ素子接続面となる上面の一端に厚さ３０μｍ、長さ０．３ｍｍ、幅１．０ｍｍの陽極パターン５１が、他端に厚さ３０μｍ、長さ１．３ｍｍ、幅１．０ｍｍの陰極パターン４１が銅箔により形成されている。下面のコンデンサ実装電極面には両端に厚さ３０μｍ、長さ０．５ｍｍ、幅１．０ｍｍの陽極端子５２及び陰極端子４２が銅箔により形成され陽極パターン５１と陽極端子５２、陰極パターン４１と陰極端子４２はスルーホールにより接続されている。

実施例１、２及び比較例で作製した固体電解コンデンサそれぞれ１００個について耐プリント板曲げ性試験（試験条件：ＪＩＳＣ５１０１‐１４．３５に準拠）を行った結果のオープン不良数を表１に示す。

以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、この実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であればなしえるであろう各種変更、修正を含むことは勿論である。

１コンデンサ素子
２変換基板
３外装樹脂
４１陰極パターン
４２陰極端子
５１陽極パターン
５２陽極端子
６陽極リード
７金属片
８導電性接着剤
９絶縁体

Claims

絶縁体の上面にコンデンサ素子と接続する陽極パターンと陰極パターンを有し、前記絶縁体の下面に前記陽極パターンと前記陰極パターンとそれぞれ電気的に接続された陽極端子と陰極端子を有する変換基板の上面に陽極リードを導出したコンデンサ素子が接続され、前記コンデンサ素子が外装樹脂で被覆された固体電解コンデンサにおいて、前記変換基板の上面の前記陽極パターンと前記陰極パターンの少なくとも一方が一部に欠落部を有する矩形の平面形状からなることを特徴とする固体電解コンデンサ。
前記変換基板の上面の前記陽極パターンと前記陰極パターンの少なくとも一方が格子状の平面形状からなることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。
前記変換基板の上面の前記陽極パターンと前記陰極パターンの少なくとも一方が切欠き部を形成した矩形の平面形状からなることを特徴とする請求項１に記載の固体電解コンデンサ。